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三一重机SR220R型旋挖钻机入岩新突破

2007/9/28/15:53 来源:慧聪工程机械网

    旋挖钻机入岩是一个世界性的难题,造成这一难题的原因主要有三方面:一、如何解决入岩所需的强大动力问题,旋挖钻机如何满足大加压力和大扭矩力以及它们的配合比,直接决定能否入岩;二、在动力需求得到满足的情况下,入岩工况也给钻机带来了巨大损害,对于机体结构和材料性能都有更高的要求,怎样在自身强度上满足入岩的要求;三、弄清岩石的破碎机理,制造合理的外部条件使岩石破碎进尺,是入岩要解决的最根本的问题。在这个领域里,北京三一重机有限公司经过长期不懈的努力终于有了重大突破。本公司所研发的SR220R入岩钻机于2007年6月18日成功下线经过两个多月的调试,于2007年8月29日至9月7日进行入岩特种工况试验,硬岩最大钻进速度10分钟钻进320mm;210MPa基岩最大进尺速度5分钟60mm。

    SR220R入岩钻机的动力系统是专门针对入岩特种工况的需求而配置的,使用三一自行生产的底盘SY310RC,配置日本五十铃AA-6HK1XQP型发动机。与液压系统恒功率相匹配,使整机发挥最大的工作效率,无须增加动力。采用国际领先水平的超强力、大扭矩、电控、直喷、涡轮增压、中冷型先进的动力系统。这种高效的涡沦增压功能提升了发动机的性能和功率,独特的空压设备可在高原上正常工作。直喷式电控喷油提供精确的喷油量,节能降耗;高效的燃烧室可实现低油耗、低排放、低噪音下的大功率输出。

三一重机SR220R型旋挖钻机技术参数

三一重机SR220R型旋挖钻机技术参数

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    SR220R液压系统主油路采用负流量控制,实现了流量的按需供应,并在此基础上叠加了恒功率和电气功率越权控制,最充分的利用发动机的功率;辅油路采用负载敏感控制系统,其核心元件负载敏感泵和带有负载补偿的多路换向阀,实现泵输出功率与各工况负荷的最佳匹配。把系统的传动效率提高到极致;整机操纵上采用先导控制,最大限度的提高了旋挖钻机的可操作性。动力头采用超强的钻进扭矩,配置双马达、双减速机,以保证更为强劲的动力。独特的轮毂内置可拆换键专利技术;滑轮架滑板磨损补偿机构技术;动力头转速电子分档控制,保证整机运行的平稳性;采用两组德国力士乐减速机、主减速箱;回转支承的回转通过其套筒式主轴内牙板驱动钻杆旋转,实现钻孔的主运动。正是这样一个汇集众多科技精华的动力系统,才能为钻机提供可以使岩石达到破碎极限的压力和扭矩力。

    SR220R不仅在动力系统上精益求精,在结构设计上也一样别具匠心。由于入岩钻机要面对的工况有其特殊性,在钻进岩石和胶结卵石等岩层时振动危害尤为突出,使钻机在长期振动的情况下发生结构的过早疲劳失效,所以采用先进的减振抗振构件十分重要。为了解决这一典型问题SR220R在设计上应用了桁架式桅杆,这种桅杆把震动中的不定向弯矩力转化成了桁架杆件所承受的压力,提高了抗弯能力和安全系数;加压卷扬一改以往的液压油缸加压方式,而采用了卷扬加压,减少了作业对设备的振动和冲击,同时也满足了钻机在入岩工况中所需要的大压力、大行程的要求。SR220R在结构设计上专门应对入岩工况进行结构、压力以及控制系统的匹配与优化,满足了入岩所需的扭矩和压力,保证了钻机结构的稳定和构件能力的发挥。除此之外,本机的整机构件都是采用高强度的钢材,更具耐弯耐疲劳性,使构件不仅能够承受入岩时所产生的反作用力,也能在长期的振动作业环境中保持本身的工作性质不老化,使用时间更长久。

    破碎岩石,达到入岩目的从主机能力需求上来看,入岩钻机必须具备的高压力和大功率,在这一点上SR220R得益于世界先进的动力设备和别具一格的精心设计。以及整机各功能元件的优化配置,使其得以满足。而影响岩石破碎的因素主要有岩石内部的受力状态和所处的边界条件。

    在入岩钻进过程中,岩石所处的应力状态和边界条件是碎岩的理论基础,通过对岩石破坏判据的应用,可以得知当岩石的应力状态达到破坏极限时才能产生破裂,从而达到进尺的目的。在钻进过程中,边界条件一定的情况下,截齿下的岩石受到了来自动力头和钻杆自重的压力、动力头扭矩通过截齿施加的扭矩力和侧壁围岩所提供的约束力,在这三项应力作用下共同构成了微元体的三轴应立状态(见下图)

三一SR220R旋挖钻机

    在图中由动力头扭矩力产生;由动力头加压力产生;是围岩对微元体的拘束作用。岩石在这三向应力作用的环境下,在最大剪应力面剪应力首先达到极限值,因为内聚力和内摩擦角φ的作用,岩石将会沿着最敏感的φ角方向碎裂。通过对岩石应力状态的研究发现,当压力和扭矩力作用在岩石上时,使其所受应力达到极限值即可破坏。正确的受力方向和施力范围,以及截齿的形状角度,可以在有效的施力范围内实现最佳的入岩效果。另外,在岩层中钻进,裂隙和节理的发育状况也对入岩钻进起着至关重要的作用。底层中的裂隙给三轴应力状态下的岩石得以释放应力的空间,从而沿边界方向开始改变三轴应力状态,转而成为二维或单轴应力状态,使拘束力消散,降低了岩石的抗破碎能力。这种影响在裂隙发育较好的岩层施工中尤为突出。

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